半导体激光器范文

半导体激光器范文（精选12篇）

半导体激光器 第1篇

关键词：热敏电阻,线性输出,阻温特性

1 概述

半导体激光器的输出特性受其自加热效应影响较大。热敏电阻具有尺寸小、使用方便、稳定性好、灵敏度高等优点, 其中NTC型热敏电阻具有宽泛的温度测量范围, 成为日常测量监控中使用最广泛的热敏电阻器件。本文以表面测温系列NTC型热敏电阻为研究对象, 首先实现了热敏电阻阻温特性的非线性修正, 进而将其与半导体激光器相连接, 对激光器的温度变化特性进行了测试与分析。

2 热敏电阻阻温特性非线性修正

2.1 热敏电阻阻温特性测试

基于金属氧化物材料制成的NTC型热敏电阻具有典型的半导体性质。低温时, 氧化物材料的载流子数目较少, 热敏电阻阻值较高;随着温度的升高, 载流子数目增加, 电阻值逐渐降低。室温下, NTC型热敏电阻的阻值变化范围为102~106欧姆, 温度系数-2%~-6.5%。描述NTC型热敏电阻性能的参数主要有负温度系数 (NTC) , 额定零功率电阻值 (R25) , 零功率电阻值 (RT) , 材料常数 (B) 等。其中, R25为基准温度25℃时所测得的热敏电阻值, RT是温度T时的NTC热敏电阻值, 其对应的表达式为:RT=RNexp B (1/T-1/TN) 。式中, RN为在额定温度TN时的热敏电阻值。材料常数B亦为温度T的函数, 其表达式为

式中, RT1和RT2分别为温度T1和T2时的零功率电阻值。为配合今后的半导体激光器工作温度监测, 我们选取表面测温系列温度传感器R25 (R25=10.0kΩ, B25/50=3550K) 作为实物测试对象。为了令其不受环境温度的变化影响, 我们将其置于五环R-4型高低温控制箱中, 观察不同温度下热敏电阻的阻值变化情况。

测试过程中, 首先将热敏电阻放入实验箱并固定, 导线端引到箱外与万用表电阻计连接, 电阻计量程选择20kΩ。温度测量范围是25℃~80℃。然后, 令高低温控制箱开始升温, 同时记录箱内温度变化与对应的电阻值。为提高实验测量准确性, 先后测量升温过程中热敏电阻阻值变化三次。实验测得随着温度上升, 热敏电阻的阻值呈指数关系下降。

2.2 热敏电阻阻温特性非线性修正

特别地, 设定T0=25℃, B=3550K, 则对于如图1所示的线性补偿电路中, 各参量的值近似为R1=0.43kΩ, R2=5.6kΩ, R3=5.6kΩ, R4=6.8kΩ, R5=20kΩ。线性补偿电路中所选择的运算放大器为高精度低失调电压的精密运放集成电路OP07。

将热敏电阻R25的探测端固定在高低温控制箱中, 令温度上升, 同时记录不同温度下输出电压V1和输出电压V2的数据。经计算, 近似直线方程V2=0.4561T, 当T=53℃时, V2=12.77V, 而实际测得V2=12.53V。因此, 线性化的百分比为1.88%, 达到了预期的设计目标。另外, 从实验数据可以看出, 随着温度的升高, 输出电压ÁV2也随之线性增加。T=25℃时, V2=6.35V, 至T=59℃时, V2上升至13.86V, 由于测量使用的万用ÁÁÂ表的最小读数为0.01V, 因此可ÁÃÄÅÁ知该温度传感装置的精度为0.045℃。

3 半导体激光器与热敏电阻的测试电路设计

实验中选用的半导体激光器为西安赛朴林激光技术研究所生产的红光激光二极管650系列产品, 它采用TO18型封装, 中心波长λ=651.3nm, 最大输出功率为5W, 阈值电流Ith=25m A。考虑到该款半导体激光器内部集成了光电探测器, 因此直接测量PD中的电流即可间接获取半导体激光器的光功率变化状态。而PD中的电流经电流/电压转换并放大后, 以电压Vs输出。

进一步地, 选取表面测温系列热敏电阻对半导体激光器的温度变化进行检测。由于激光器的外径为3.8mm, 而热敏电阻内径为4.3mm, 因此用一塑料夹子将二者固定, 以达到实验所要求的充分接触。对应地, 半导体激光器温度测试电路如图2所示。依据前面所得到的结果, 热敏电阻线性化后的输出电压V2与温度变化成线性关系, 所以可以用V2来表征激光器的温度变化状态。进而, 得到光功率随温度变化的规律。

实验中, 我们分别选取25℃、29℃和33℃三个测量点进行观察监测。由图3易知, 随着工作温度的增加, 半导体激光器内部的结温升高, 自由载流子的吸收损耗增加, 复合效率下降, 从而导致激光器的输出功率逐渐降低。数值结果上, 25℃时, 激光器的斜率效率η=0.7355V/m A;当温度升高至29℃时, η=0.6767V/m A;当温度为33℃时, η则降低至0.5585V/m A。换言之, 斜率效率的变化率为Δη=0.022V/℃。可见, 自加热效应对激光器的功率输出特性的影响是十分明显的。因此, 若要保证半导体激光器长期、稳定的输出, 温度控制环节是必不可少的。

4结论

为了精确测量半导体激光器输出功率随温升的变化关系, 修正热敏电阻的非线性阻温特性是必要的。光源输出功率温度变化特性的测试证明, 激光器内部的自加热效应对光源输出功率的影响是明显的。而且, 随着工作温度升高, 光源的输出效率下降愈发明显。因此, 必须提供可靠的温度控制以保证半导体激光器的可靠、稳定输出。

参考文献

[1]王德, 李学千.半导体激光器的最新进展及其应用现状[J].光学与精密工程.2001, (3) :279-283.

[2]刘明大, 史素娇.有机半导体激光器研究的新进展[J].半导体光电.1999, (4) :221-225.

[3]何友军.半导体激光器的热特性及封装技术研究[D].上海:中国科学院研究生院 (上海微系统与信息技术研究所) , 2003, 1:25-29.

[4]易啸涛.热敏电阻测温线性化补偿电阻的最优选择[J].矿业研究与开发.1994, (3) :34-47.

黄铜半导体激光模组 第2篇

(gl)Laser marking-off equipment

可广泛用于各种板材切割成型机、石材机械、木工机械、金属锯床、包装机械的对刀、放线。能产生一条清晰明亮的红线、体积小巧、方便调节、易于安装、稳定可靠。能较大幅度的提高工作效率。我们还可以提供电源内置一体式镭射标线器，使客户的使用光打零贰玖捌捌柒贰陆柒柒叁更加方便。

激光模组的作用：

日成激光定位灯有点状、一字线、十字线光斑效果，一直以来被广泛应用于缝制裁切机、轮胎定位、机械钣金标线。切割机标线、纺织切割标线、锯木加工标线、木工机械标线、石材桥切定位、鞋机定位、套结机、印花机等工业定位中。有效的提升了工作效率和经济效益，是人们工作中的好帮手！

The equipment is wide applies to various boards cutting machine, stone material machine, woodcutting machine, metal sawing machine, packaging machine collimated.It can emit a clear red light, and has small body with easy adjusted and set up and also safe stability.It can improve working efficiency highly.We can offer a unity series laser marking-off equipment with power supply inside for using easier.输出波长：635nm 650nm

输出功率：635nm10～30mw

650nm20～150mw

工作电压： 5V DC

工作电流 ：≤450mA

光束发散度：0.1～1.5mrad

出光张角：10 º～135º

光线直径：≤0.5mm ＠0.5m；≤1.0mm ＠3.0m；≤1.5mm ＠6.0m；

直线度：≤1.0mm ＠6.0m

光学透镜：光学镀膜玻璃 或塑胶透镜G3

尺寸：Φ16×55mm；Φ16×65mm；Φ16×80mm；Φ22×85mm；Φ26×110mm（可定制）尺寸：Φ45×210mm；Φ60×210mm（电源内置一体式）

工作温度 ：－10～75℃

储存温度 ：－40～85℃

使用寿命：连续使用大于8000小时

附件：专用电源工业支架

激光等级：Ⅲb

Output wavelength: 635nm 650nm

Output power: 635nm10～30mw

650nm20～150mw

Operating voltage: 5V DC

Operating current: ≤450mA

Beam divergence: 0.1～1.5mrad

Fan angle: 10 º～135º

Beam diameter: ≤0.5mm ＠0.5m；≤1.0mm ＠3.0m；≤1.5mm ＠6.0m；

Line degree: ≤1.0mm ＠6.0m

Optics: coated glass lens or plastic lens

Size: Φ16×55mm；Φ16×65mm；Φ16×80mm；Φ22×85mm；Φ26×110mm（made as

requirement;

Φ45×210mm；Φ60×210mm（power supply inside series）

Operating temperature: －10℃～75℃

Storage temperature：-40℃～85℃

Life time: CW＞8000h

Accessories: holder and power supply

Laser classification: Ⅲb

半导体激光器 第3篇

在三腔镜近似的条件下，利用等效腔模型，完成了光纤光栅外腔半导体激光器（FBG-ECL）的理论建模。利用光纤布拉格光栅相关理论，对FBG-ECL模型进行了修正，着重考虑了光纤布拉格光栅的反射率分布、中心波长偏移以及边模抑制比对FBG-ECL性能的影响。对FBG-ECL的等效反射率、阈值增益和线宽特性进行了数值分析。结果表明，在考虑光纤布拉格光栅中心波长与设计波长偏移量、光栅反射率分布以及边模抑制比后，等效腔理论模型更加符合实际情况，可以更为准确地分析实际情况中FBG-ECL的相关特性，对设计应用于FBG-ECL的光纤光栅有一定的指导意义。

关键词：

光纤Bragg光栅； 外腔半导体激光器； 增益阈值； 线宽

中图分类号： TN 241文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.04.014

Abstract：

One-dimensional model of the fiber Bragg grating external cavity semiconductor laser（FBG-ECL） has been found in this paper using equivalent cavity model which is under the circumstance of three cativy mirrors.We corrected the traditional model and numerical analysed with the theories of fiber Bragg grating.We paied our attention to the reflectivity distribution，central wavelength and side-mode suppression ratio（SMSR） of fiber Bragg grating，and numercal analised equeivalent reflectivity，threshold gaind and linewidth of the FBG-ECL.The result of the analysis showed that it has more correspondence to reality when taking into account the reflectivity distribution of fiber gratings.

Keywords：

fiber Bragg grating； external cavity laser diode； gain threshold； linewidth

引言

光纤光栅外腔半导体激光器（fiber Bragg grating external cavity laser，FBG-ECL）是利用半导体增益芯片作为增益源，光纤布拉格光栅作为波长选择和输出器件的一类外腔激光器。相比于传统的分布反馈式（distributed feedback，DFB）激光器，FBG-ECL线宽更窄、低频噪声更低；相比于长腔光纤激光器，FBG-ECL体积更小、对外界振动敏感性更低[1]。除此之外，FBG-ECL还具有温度稳定性好、频率稳定、阈值增益低、波长调谐方便、波长精确等良好的静态和动态特性，这些优良特性使得FBG-ECL非常适用于密集波分复用（dense wavelength division multiplexing，DWDM）系统、谐振式光学陀螺[2]、空气痕量检测、高分辨率光谱测量、光电子检测、波长变换[3]等，因而备受国内外研究人员的关注[4-7]。

对FBG-ECL的研究已经取得了一定的成果，其理论模型主要有耦合腔理论和等效腔理论两种。耦合腔理论是将耦合腔半导体激光器的[8]的分析方法应用于FBG-ECL上，用散射矩阵表示增益芯片和含光栅的光纤耦合作用[9]，从而可以分析光栅工作距离[10]等参量对FBG-ECL的影响。等效腔理论是将增益芯片前端面（靠近耦合光纤的端面）、光纤、光栅等效为一个反射面，从而可将外腔激光器等效为一个普通半导体激光器，进而利用激光谐振的相位和增益条件[11]或者射线法[12]分别对FBG-ECL进行离散波长或连续波长分析。综合以上方法可以分析光纤的耦合效率[13]、外腔长度[14]、增益芯片前端反射率[15]等多个参量对FBG-ECL性能的影响。对于FBG-ECL的线宽，多采用三腔镜模型[16]利用激光在外腔多次反馈的延时特性[17]进行分析。

文献[4]采用多量子阱掩埋条形（BRS）增益芯片和拉锥光纤光栅制作了单模运转窄线宽输出的FBG-ECL，实测最小线宽为6.42 kHz。为了适应恶劣环境中的应用需求，RIO公司推出的平面外腔半导体激光器在硅基二氧化硅上制作布拉格光栅，并将整个外腔激光的腔体结构放置于平面光波导上，有效降低了外界振动对激光器的影响，同时使用频率噪声较小的电流源，和性能良好的TEC，将线宽压缩至3.3 kHz[1，5-6]，调制频率高达吉赫兹量级。

以往理论分析，大多将光纤光栅的反射率视作一个点函数[18]，并且没有考虑公差、设计等原因造成的中心波长与布拉格波长的偏移量（下文简称为偏移量）和光栅反射率分布。而实际物理原理表明反射率分布和偏移量会直接或间接影响FBG-ECL的性能。本文首先分析了光纤光栅反射率分布和偏移量产生的原理，简要推导了等效腔理论公式，并在等效腔理论的基础上，加入光纤光栅反射率分布和偏移量的影响进行了EBG-ECL性能的分析。

1理论分析

1.1光纤布拉格光栅

光纤光栅是一种新型无源器件，通过一定技术手段，对一段光纤的芯层折射率进行调制，使其沿纵向发生周期性改变。按照光栅周期的不同，光纤光栅可分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅。均匀光纤光栅又可分为布拉格光纤光栅（也称为短周期光栅或反射光栅）和长周期光纤光栅（也称为传输光栅）；非均匀光栅又可分为切趾光栅、啁啾光栅、相移光栅等。

nlc202309091025

利用耦合模理论可以得到均匀余弦无啁啾单模布拉格光栅（下同）沿轴向（z向）的折射率分布为

式中：δneff为纤芯折射率的平均变化量；m为条纹可见度；Λ为光栅周期。

光栅的的反射率系数为[19]

rg=-κsinh2（κ2-σ^2lg）σ^sinh（κ2-σ^2lg）+iκ2-σ^2cosh（κ2-σ^2lg）

（2）

式中：σ^是总直流自耦合系数，σ^=δ+σ，δ=2πneff（1λ-1λD）为失谐度，与z无关，λD=2neffΛ，λD为设计波长（布拉格波长），σ=2πλδneff为功率损耗系数；κ为交流耦合系数，κ=πλmδneff；lg为光栅的长度。

反射率R=rg2，计算公式为

1.2等效反射率系数

给出了典型的FBG-ECL结构示意图。r1、r2、rg分别为增益芯片后端、前端反射系数和光栅反射系数。l1为半导体增益芯片长度，l2为外腔长度。实际应用中，为了得到较大的输出功率和良好的激光特性，常在增益芯片前端镀增透膜（r2<0.01）。

忽略光栅反射率系数的复数特性，将光栅反射作为镜面反射处理，

可得到如图2所示的“三腔镜”近似模型，ε1和ε0分别表示增益芯片和空气的介电常数。在“三腔镜”模型的基础上，把增益芯片前端面、空气间隙、和外腔镜等效成一个反射面，其反射系数称之为等效反射系数，如图3所示。

利用三腔镜模型以及电场在复合腔中的边界值问题进行求解[10]，可得到等效腔的等效反射率系数reff[16]。

在此基础上，考虑到增益芯片和光纤存在一定的耦合效率，引入耦合效率η，并简单唯象地将光纤耦合效率增加到r3中，得到修正后的等效反射率系数为[21]

式中：φ0=4πl2/λ；l2为忽略光纤工作距离后，芯片前端面到光栅的距离。

在以上分析过程中，将rg近似处理为镜面反射系数，并忽略了其复数特性。由1.1节的分析可知rg存在反射率分布，其峰值波长会与布拉格波长间有红移现象。基于此，分析等效反射率系数时，应将rg的分布及中心波长偏移特性考虑在内。

1.3增益阈值

阈值是能否产生激光的一个决定性因素，当激光在谐振腔内往返一周后，若损耗恰好等于增益，该条件称为阈值条件。在本征激光器内，阈值增益为

式中：αi为腔损耗，主要由自由载流子吸收和存在的各种散射引起。

假设增加外腔前后腔损耗近似不变，加入外腔后，根据等效腔理论，外腔半导体的阈值增益为

由式（8）和式（9）可以看出，由于reff远大于r2，所以加入外腔后阈值增益变小，外腔激光器更容易发生谐振。

1.4线宽

强反馈外腔半导体激光器工作时处于最低阈值模式，其线宽受到本征线宽和外腔压窄的影响。其线宽压缩比为[2]

式中：τ1和τ2分别为光子在本征腔和外腔的往返渡越时间，τ1=2n1l1c，τ2=2n2l2c；Δν0为无外腔反馈时的半导体激光器线宽；Δνs为强外腔反馈半导体激光器的线宽；η为耦合效率。

2结果与讨论

2.1光栅波长偏移量对等效反射率的影响

等效反射率Reff=reff2的分布图形如图4所示。作图时使用的数据如下：外腔长度l2=1 cm，增益芯片前端反射率系数r2=0.01，光纤耦合效率η=70%，光栅的条纹对比度m=0.5，光栅长度5 mm，增益芯片前端反射率系数0.01，折射率平均变化量分别为0.000 3、0.000 5、0.001 0。1.1节的理论分析表明，当光纤材料确定后，中心波长与设计波长存在偏差，该偏差受折射率平均变化量的影响，折射率平均变化量越大，峰值反射率越大、中心波长红移越明显、反射率带宽越大。由图4可以看出，FBG反射率特性直接影响了外腔半导体激光器的等效反射率特性，在其他条件不变的情况下，等效反射率随着FBG折射率平均变化量的增大而增大；随着折射率平均变化量的增大，等效反射率中心波长红移越发明显。此外，当折射率平均变化量达到0.001时，等效反射率约为50%时达到一个平坦的峰值，原因在于光栅反射率达到了100%；等效反射峰值的大小受耦合效率限制，图形中出现的小幅度抖动是外腔引入了相位变化（φ0）造成的。

在FBG-ECL中，总是希望充分利用FBG的窄带反射特性，所以考虑光栅长度以及反射率的要求，在技术允许的情况下，应尽量减小折射率平均变化量。

2.2光栅特性对阈值增益的影响

由图5可以看出，折射率平均变化量越大，阈值增益越小，增益中心波长红移越明显（大于1 nm）、增益带宽越大（约为0.5 nm）。增益中心波长的红移有可能使中心波长与增益芯片设计的最大增益波段偏离，造成激光输出功率降低，甚至出现跳模；增益带宽变大，会使带宽内相应纵模的增益差变小，降低输出激光的边模抑制比。一般认为，当边模抑制比降低到30 dB以下时，可能会出现多模激射的情况。从图中还可以得出，当折射率平均变化量增加后，因为中心波长反射率达到峰值，导致其旁瓣较大，从而使阈值增益曲线的主峰和旁瓣的差值会相应变小，边模抑制比恶化，使得对应的激光模式差异减小，更容易引起多模激射。

时，激光器不能发生有效谐振）。从图中可以看出，光栅的反射率分布直接影响线宽压缩比。FBG-ECL的激射波长总是位于比设计波长更靠近增益峰值波长的位置[22]，当近似认为光栅反射率的中心波长可以发生谐振时，光栅的反射率偏移量会造成FBG-ECL输出波长以及对应的线宽压缩比的改变。

3结论

利用耦合模方程分析法，对光纤布拉格光栅的反射率分布、最大反射率对应中心波长与布拉格波长的偏移量以及边模抑制比进行了分析。基于等效腔模型，对光纤光栅外腔半导体激光器进行了理论分析和计算仿真，获得了FBG-ECL阈值增益、线宽等特性；对仿真结果进行了分析，发现FBG的反射率分布特性以及中心波长偏移对FBG-ECL的影响不可忽略，设计反射波长时，应充分考虑中心波长偏差带来的影响。在实际制作过程中，因为相位掩模板不能随意改动，所以应充分估计制作工艺和生产条件的影响，并将设计波长适当蓝移，以补偿或者减小偏移量。

nlc202309091025

参考文献：

[1]ALALUSI M，BRASIL P，LEE S，et al.Low noise planar external cavity laser for interferometric fiber optic sensors[C]∥DU H H，WANG A B.Proceedings of the SPIE 7316，Fiber Optic Sensors and Applications VI.Orlando，Florida，USA：SPIE，2009，7316：73160X.

[2]胡朝阳，章燕申，马新宇，等.光纤光栅外腔半导体激光器特性的研究[J].中国激光，2000，27（8）：677-681.

[3]王丽丽，任建华，赵同刚，等.外腔激光器实现波长变换的理论及实验[J].光电工程，2005，32（2）：5-8.

[4]潘碧玮，余力强，陆丹，等.20kHz窄线宽光纤光栅外腔半导体激光器[J].中国激光，2015，42（5）：0502007.

[5]NUMATA K，ALALUSI M，STOLPNER L，et al.Characteristics of the single-longitudinal-mode planar-waveguide external cavity diode laser at 1064nm[J].Optics Letters，2014，39（7）：2101-2104.

[6]NUMATA K，CAMP J，KRAINAK M A，et al.Performance of planar-waveguide external cavity laser for precision measurements[J].Optics Express，2010，18（22）：22781-22788.

[7]陈少娟，李毅，袁文瑞，等.980 nm半导体激光器输出光谱特性的改善[J].光子学报，2015，44（1）：0114003.

[8]王寅.基于深刻蚀槽的InP多段耦合腔激光器的研究[D].杭州：浙江大学，2013.

[9]周凯明，胡雄伟，刘海涛，等.高边模抑制比窄线宽的光纤光栅外腔半导体激光器[J].光子学报，2001，30（4）：478-482.

[10]胡春霞，吴正茂，邓涛，等.空气间隙长度对光纤光栅外腔LD激射波长的影响[J].激光技术，2008，32（2）：177-179.

[11]周寒青，吴正茂，夏光琼.温度变化对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长的影响[J].激光杂志，2003，24（4）：65-66.

[12]何玉平，夏光琼，邓涛，等.光纤光栅外腔半导体激光器输出谱的射线法研究[J].激光杂志，2007，28（3）：18-19.

[13]罗颖，曹根娣，耿健新，等.光纤光栅外腔半导体激光器纵模特性研究[J].光学学报，2000，20（3）：357-362.

[14]周寒青，夏光琼，邓涛，等.外腔长度变化对光纤光栅外腔LD激射波长的影响[J].激光技术，2005，29（5）：476-477，490.

[15]马艳，何军，谢福增.980 nm单模运转未镀增透膜光纤光栅激光器[J].光学学报，2004，24（6）：821-824.

[16]OLSSON A，TANG C.Coherent optical interference effects in external-cavity semiconductor lasers[J].IEEE Journal of Quantum Electronics，1981，17（8）：1320-1323.

[17]柴燕杰，张汉一，周炳琨.强反馈外腔半导体激光器线宽特性研究[J].半导体学报，1995，16（12）：885-889.

[18]吴光琼，吴正茂，陈建国.考虑光纤光栅反射率分布的外腔半导体激光器的理论模型[J].中国激光，2002，29（4）：301-303.

[19]恽斌峰.布拉格光纤光栅传感器理论与实验研究[D].南京：东南大学，2006.

[20]OSMUNDSEN J，GADE N.Influence of optical feedback on laser frequency spectrum and threshold conditions[J].IEEE Journal of Quantum Electronics，1983，19（3）：465-469.

[21]王丽丽，任建华，赵同刚，等.光纤光栅外腔半导体激光器的理论及实验研究[J].激光技术，2005，29（4）：361-363，394.

[22]夏光琼，吴正茂，陈建国.光纤光栅半导体激光器激射波长与Bragg波长的偏离[J].光电工程，2003，30（3）：20-22.

半导体激光器驱动电路设计 第4篇

激光引信大部分采用主动探测式引信, 主要由发射系统和接收系统组成。发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量, 而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号, 而后通过信号处理系统, 最终给出满足最佳引爆输出信号。由此可见, 激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能, 即发射激光脉冲质量。而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。因此, 半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。

1脉冲半导体激光器驱动电路模型分析

激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成, 如图1。

图1中, 时序产生电路生成驱动所需时序信号, 一般为周期信号。脉冲产生电路以时序信号为输入条件。根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。当激励脉冲到来时, 开关器件导通, 充电元件通过开关器件和激光器构成的回路放电, 从而达到驱动激光器的目的。

由于激光引信为达到一定的探测性能, 通常会要求激光脉冲脉宽窄, 上升沿快, 一般都是十几纳秒甚至几纳秒的时间。因此在选择开关器件时要求器件开关速度快。同时, 由于激光器阈值电流、工作电流大[1], 需要在开关器件导通一瞬间, 充电元件所存储的电能瞬间释放, 因此要求开关器件寄生参数小, 而且充电元件自身能够迅速充放电。

2 脉冲半导体激光器驱动电路设计

2.1 时序产生电路设计

在激光探测技术中, 激光探测信号的发送需要遵循探测系统的时序需求, 因此, 激光探测信号的发送, 需要时序信号来控制。现有的激光探测系统中, 一类是由时序电路自身产生, 另一类是对外部输入时钟进行分频或倍频产生, 一般采用简单的反相器、移位寄存器等器件就可实现。

本电路采用第一类形式, 使用CPLD自身产生时序信号, 信号时序满足探测系统需求, 而信号特征根据后续脉冲产生电路输入需求而设计。由于后续脉冲产生电路需要生成脉宽几十纳秒的正脉冲, 因此, 时序电路产生的信号占空比极低, 信号高电平也仅为几十纳秒。高电平为VCC1。另外, 通过调整占空比, 能够有效控制开关电路的开断时间。通过使用CPLD还能够有效减小电路体积。

2.2 脉冲产生电路设计

由于开关电路要求前一级电路有较强的驱动能力, 因此, 对脉冲产生电路的要求是:能够产生开关电路所需的激励信号, 并且电路输出端有较强的驱动能力。

传统方法是, 使用快速触发器如74hc123对时序信号快速触发, 时序信号下降沿来到时, 通过74hc123触发生成所需要的脉冲, 其宽度可以通过调整C3、R2来实现, 通过一个反向放大器对脉冲反向放大, 而射随电路能够增强电路对后级的驱动能力。

另一类方法是, 选用现有的驱动芯片如IXD_414系列芯片, 驱动MOSFET, 产生激励脉冲信号。较之传统方法此类电路设计简单方便、占用空间小。IXD_414系列芯片分为翻转和非翻转两类, 其中IXDN414为非翻转类芯片。当前级输入的时序信号为正脉冲 (VCC1) 时, 输出激励信号转化为值为VCC2的正向脉冲;当输入的时序信号为低电平时, 输出激励信号也为低电平。可见, IXDN414能够很好的将输入时序信号转化为更高电平的激励信号, 提高驱动能力, 满足后续开关电路需求。

2.3 开关电路设计

开关电路由开关器件、充电元件、脉冲半导体激光器以及其它相关电阻电容等元件组成。其组成示意图如图1虚线框图部分。

当开关器件打开后, 开关电路等效于图4所示。其中, L1为激光器寄生电感和放电回路杂散电感的总和;C1为激光器等效电容, C2为储能电容;R2为激光器内阻、开关元件内阻、放电回路电阻之和;R1为激光器等效内阻;R0为供电电源内阻。VCC2是激光器供电高电压。

由等效电路图以及文献[2]的电路模型, 可以得出结论:需要选择封装电感小、内阻极小的激光器。

要保证充电元件快速放电, 要求充电电容本身高频特性好, 以及放电回路的杂散参数小。因此, 充电电容选择瓷介质电容以及在PCB布线时优化布线、在线、过孔, 尽量减小回路寄生电感电容的产生。

半导体激光器驱动电路所用开关器件, 大体有三种:双极型高频大功率晶体管由于电路复杂、效率低, 很少采用;晶体闸流管电路简单方便且有负阻区, 适合激光器选用, 但受到开关速度的限制, 在低电压下获得几十纳秒的大电流窄脉冲也较难实现;选用场效应管, 则使得设计简单易行。

在选择场效应管时, 所选场效应管内阻R须满足:

$R\frac{V{}_{CC2}-(U{}_{{\rm T}{\rm O}}+{\rm I}{}_{op}R{}_s)}{{\rm I}{}_{op}}$ (1)

式 (1) 中, VCC2电路正向供电电压;

UTO激光二极管阈值电压 (1.5 V～2 V) ;

Iop激光二极管最大导通电流;

Rs激光二极管导通电阻。

试验证明, 图5为可以在较低电压的情况下, 能够产生大电流驱动脉冲半导体激光器的开关电路, 此电路可以产生脉宽为几十纳秒, 上升沿为几纳秒的大电流信号。当输入脉冲为低电平时, 电源VCC2对充电电容C2充电到电源电压。而当输入脉冲为高电平时, 场效应管导通, 充电电容C2通过漏极、源极、激光器放电, 产生几十纳秒的瞬态大电流。二极管D1起到保护激光器的作用, 防止激光器两端电压接反时, 损坏激光器。

另外文献[3], 由于场效应管的开关速度快, MOS管打开时, 由于瞬态耗电流极大, 电源电压瞬态拉低;当MOS管关断时, 同样会产生过电压。因此, 在设计开关电路时, 为防止对共地电源的干扰, 需要对电源加入滤波电路或吸收电路, 以及在PCB布板时, 优化布局尽量减少电路板分布电感。

3 试验仿真结果

图6的仿真条件是:VCC1电压为+5 V、VCC2电压为+25 V, 时序信号为10 kHz的周期信号, 激光器使用理想模型即0.5 Ω电阻, 仿真工具为PSice, 测量对象为激光器瞬态工作电流。从仿真图上可以看出, 激光器电流上升时间约为7 ns, 峰值为14.2 A。

图7的仿真条件是:VCC1电压为+5 V、VCC2电压为+25 V, 时序信号为10 kHz的周期信号, 激光器采用图4所示的激光器等效模型 (为提高对比效果考虑, 仿真采用较大杂散参数, 激光器寄生电感20 nH, 电阻0.5 Ω, 激光器等效电容1 nF) , 从仿真图上可以看出电流上升时间约为18 ns, 峰值约为14.2 A。通过仿真对比图6、图7, 可以知道:激光器的杂散参数会很大程度影响激光器电流的上升速度, 为提高激光引信探测性能和探测精度, 尽量选择杂散参数小的激光器。

图8为实际设计电路的测试结果 (横坐标每格50 ns, 纵坐标每格5 V) , 所测试项目为激光器两端电压。测试条件是:VCC1电压为+5 V、VCC2电压为+25 V, 时序信号为10 kHz的周期信号。电压信号上升沿约为4 ns, 幅值约为21.5 V。考虑到激光器内阻小于1 Ω, 电流能够满足使用要求。

4 结论

根据激光引信设计需求, 设计了一种半导体激光器驱动电路, 经过试验仿真分析, 该电路能够产生上升时间小于10 ns, 脉宽几十ns, 电压大于20 V的驱动电压。该激光器驱动电路功耗和体积小, 通过对相关电气参数的修改, 可以很方便的应用到相关激光引信中, 具有一定的参考意义。

摘要：半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。根据半导体激光器特点, 指出设计驱动电路时应当注意的问题, 并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求, 对类似电路设计有很好的借鉴作用。

关键词：激光引信,半导体激光器,窄脉冲

参考文献

[1]黄德修, 刘雪峰.半导体激光器及其应用.北京:国防工业出版社, 2001

[2]陈炳林, 张河, 孙全意.微型大电流窄脉宽半导体激光器电源的研究。仪器仪表学报, 2004;25 (4) :491—493

半导体激光器 第5篇

作者：宋永玲，樊丽洁，卢玉洁，邓琳，翟春梅，刘娜

［摘要］

目的探讨半导体激光治疗腰椎间盘突出症的疗效。方法

前瞻性分析50例非手术治疗腰椎间盘突出症患者的疗效，随机将其分为试验组和对照组。试验组做半导体激光治疗，对照组做骨盆牵引，其它治疗大致相同，进行JOA下腰痛评价表评分，比较其疗效。结果

试验组：优22例，中良8例，差2例；对照组：优7例，中良12例，差1例。χ2检验示：试验组优于对照组。结论

半导体激光治疗对患者的损伤较小，安全有效，更能被患者所接受。

［关键词］

半导体激光；腰椎间盘突出症

［Abstract］ Objective To investigate the curative effects of lumbar Intervertebral disc protrusion with semiconductor laser.Methods Prospective analysis of 50 cases of non-operative treatment of lumbar Intervertebral disc protrusion.Patients were classified into 2 groups,which were treated with Semiconductor laser and pelvic traction respectively.Treatment effective was evaluated by JOA evaluation list for lower back pain.Results 22 cases were well,8 cases were normal,2 cases were worst,and in control group that 7 cases were well,12 cases were normal,1case was worst.χ2 test shows that experiment group was better than control group.Conclusion The treatment of Semiconductor laser,was safe and effective,it can be more easily accepted by patients easily.［Key words］ semiconductor laser;lumbar intervertebral disc protrusion

腰椎间盘突出症造成下腰痛的常见原因，常常会对患者的工作和生活造成严重影响。腰椎间盘突出症引起下腰痛的主要原因，一是机械性压迫、二是化学刺激。临床发现大部分腰椎间盘突出症可以通过非手术方法治愈，包括卧硬床、牵引、口服NSAIDs类药物和胶原酶髓核溶解等方法。近几年来，我科开始采用LHH-500IVB型半导体激光治疗机治疗腰椎间盘突出症。现就半导体激光照射，骨盆牵引的疗效进行比较。现报告如下。

资料与方法

1.1 一般资料

我院2004～2005年收治52例非手术治疗的腰间盘突出症患者，男36例，女16例，年龄在25～70岁，平均45岁。其中L2～3椎间盘突出4例，L3-L4间盘突出8例，L4-5椎间盘突出20例，L5～S1椎间盘突出20例。症状表现为单纯性腰疼者24例，无症状者5例，伴双下肢疼痛麻木者12例，伴行走困难者4例，具有以上症状者7例。随机分为两组：（1）激光组：本组病例共32例，其中女14例，男18例；年龄最大54，最小25岁，平均50岁；（2）牵引组：本组病例共20例，其中女9例，男11例；年龄最大56岁，最小25岁，平均40岁。

1.2 诊断标准参照国内相关标准

（1）突发性腰痛伴下肝放射痛，活动受限；（2）检查相应棘突及棘突旁压痛，患侧直腿抬高试验阳性，患侧下肢可有肌力、感觉及反射方面异常；（3）腰椎CT或MRI检查提示相应椎间盘突出。

1.3 方法

随机将上述患者分为试验组和对照组，试验组做半导体激光治疗，采用LHH-500IVB型半导体激光治疗仪，设定400 mV的功率，时间为每次10 min，一日2次。依据组织修复的过程，一般以7～10天为一疗程。输出光斑为圆光斑，照射部位依据CT和MRI片提示和结合临床体征，找出相应椎间隙患处，紧靠左侧或右侧神经根进行照射。患者取俯卧位，因疼痛不能俯卧位时要选侧卧位。照射时激光探头应垂直于病灶组织面，否则散射角太大会影响照射深度和有效剂量。探头紧贴皮肤的距离保持5～10 cm。配合环跳穴一起照射，镇痛效果更佳。一般选用2个照射部位。对照组做骨盆牵引：（1）根据患者体格外型情况，选择适合的骨盆牵引带型号。（2）患者排空二便及非饱食后仰卧于床脚抬高20～25 cm的床面上，呈头低脚高位。（3）在臀部用骨盆牵引带束紧固定好，以不影响腹式呼吸为宜，骨盆牵引带两侧各一牵引带系上重量相等的物体，约为人体重量的1/5，并通过抬高床脚床沿安装的滑轮和牵引支架进行重量牵引，使人体重量作为对抗持续牵引。（4）每天持续牵引至少计6 h，牵引结束后须绝对卧床休息1 h，牵引期间可随意翻转躯体，每疗程1个月。（5）老年患者或心肺功能不全者可适当缩短牵引时间。两组患者其他治疗大致相同，如急性期疼痛可服用非甾体关节止痛药，以及活血止痛药，并采取相应措施。

结果

2.1 评价标准 JOA下腰痛评价表进行评分。

2.2 治疗效果

见表1。表1 两组疗效比较对上述材料整理分析，进行χ2检验得出：本例N（自由度）=（2-1）×（3-1）=2，χ20.0.5（2）=5.99，而χ2=6.501<χ20.05（2），P<0.05，因此，可得出试验组优于对照组。

讨论

腰椎间盘突出症是临床上导致腰腿痛最常见的病因之一，它是发生在椎间盘退变的基础上，由急慢性损伤、受凉等因素引起纤维环破裂、髓核突出、压迫神经根或马尾神经导致腰痛和坐骨神经痛的综合征［1］。退变椎间盘及其周围组织中许多物质都有致炎、致痛和神经损害作用，这些物质可直接或间接刺激和兴奋脊神经根、脊神经节、脊神经根鞘、纤维环、后纵韧带、小关节囊等部位的C型或A&型神经纤维的伤害性感受器，引起腰痛或腿痛。而PLA2可通过直接的酶解作用导致神经元或雪旺氏细胞损伤。雪旺氏细胞上有许多炎症介质的受体［2］，退变的椎间盘及其周围炎症组织中的炎症介质可作用于这些受体，影响雪旺氏细胞的存活［3］，或使雪旺氏细胞分泌其他与神经损害有关的物质。

半导体激光照射作用机理：半导体激光照射能提高组织细胞中DNA/RNA比值，促进细胞再生、组织修复、具有消炎、止痛、增强免疫功能、调整神经功能、减少血液黏稠度、改善血液循环、减轻局部水肿等作用。虞乐华等［4］的实验显示，穴位照射后电压增高，类似针刺作用，能引起“波场共振”作用，或激光和生物体之间有一些“生物共振”作用，使机体恢复正常能量状态。亦有学者认为病灶止痛很可能是因抑制炎症过程、激肽形成，或抑制肽分解酶的活性，加速致病物质的分解，消除细纤维的致痛冲动而产生镇痛效应。

本文两组疗效比较，激光组优于牵引组，是因为椎间盘突出症损伤为为椎间盘纤维环破裂，突出纤维环和髓核破入周围组织，神经根受压引起局部无菌性炎症，炎症反应又加重了神经根受压。因此治疗关键是要促进炎症及突出组织吸收和损伤组织修复，以减轻神经根受压和突出进一步加重。而激光具有消炎、消肿、促进组织作用。腰牵引治疗只是通过牵引力作用，拉宽椎间距，使突出椎间盘内压下降，达到减轻神经根受压并使组织回纳。然而少数患者疗效不明显，可能与年龄大，腰椎侧弯，椎管狭窄，椎间盘前窄后宽，腰骶椎间盘突出并不全，骨化等因素有关，使椎间距拉不宽，突出椎间盘内压不下降，突出组织不可能回纳，就达不到治疗效果。但激光组不受上述因素影响，治疗适应证更广。因此，激光组优于牵引组。

［参考文献］

半导体激光器 第6篇

关键词：半导体泵浦； YAG激光器； 激光切割； 光纤耦合

中图分类号：TN245 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

1、引言

激光由粒子受激辐射产生，具有良好的单色性、方向性和极高的亮度。激光加工技术即激光由反射镜传递并通过聚焦镜聚焦到加工物件上，使加工物件因高温而迅速融化或汽化，从而配合机床的运行轨迹达到加工的目的。

世界第一台激光切割机诞生于上世纪七十年代。三十多年来， 随着激光技术的不断发展，激光切割技术已逐步发展成为一种先进的加工方法。同时，作为激光切割机核心的激光器亦不断更新，灯泵YAG激光器、光纤激光器、碟片激光器等正在对传统的CO2激光器造成前所未有的冲击，尤其灯泵YAG激光器以其国产化后低廉的价格迅速抢占了薄板切割机市场。

2、总体方案设计

激光切割机主要由激光器、光束传输系统、数控机床和数控系统四部分组成。

2.1 激光器

激光器是激光切割机的核心，本文中的激光发生器采用半导体泵浦，使用两个泵浦模块，输出功率500瓦。

2.2 光束传输系统

光束传输系统包括光纤耦合和整形聚焦两部分，光纤传输的成功实现大大增加了系统的灵活性和可靠性；对光纤输出后的激光进行优化，实现了激光对板材的高效切割。

2.2.1 光纤耦合

高功率YAG激光器输出光束质量随激光功率的增加有所变化，通过理论计算及试验验证最终选择了芯径365微米的光纤，试验测得光纤输出功率508瓦，耦合效率92.7%。

2.2.2 光束整形及聚焦

对板材的切割效率而言，主要有两个影响因素，即聚焦直径和焦深。综合考虑两者的影响，最终设计了4片镜片的镜片组对激光进行了优化，实验测得切割最小线宽为0.2mm，切割效果良好。

（切割效果：厚度3mm）

同时，切割头还要具备更丰富的功能，如电容传感、焦点调节、防碰撞、水冷保护等功能。

2.3 数控机床

数控机床是激光切割的基础，包括床身、传动系统、排风系统、电气系统等。结合使用需求，最终设计加工了数控机床。幅面3000mm×1500mm，重复定位精度0.05mm，最大运行速度25m/min。对厚度0.5mm的不锈钢进行切割测试，最大切割速度可达15m/min。

2.4 数控系统

数控系统是切割机的大脑，激光器、数控机床、水冷系统、电气系统等均通过数控系统集成到一起，本文采用PA8000数控系统，成功实现激光切割的相关功能。

3、材料切割试验

在切割试验中选取了市场上主流的碳钢和不锈钢作为切割材料，测试了本台半导体泵浦YAG激光切割机的切割能力。

（半导体泵浦YAG激光切割机实验样机）

同时我们调研了市场上主流的灯泵浦YAG激光切割机的性能并做了比较，对比如下：

类型灯泵浦YAG激光切割机半导体泵浦YAG激光切割机

整机价格30～35万---

能耗（水冷机功率）18kW2kW

切割效率（m/min）

1mm36.5

2mm1.53

3mm0.81.8

4mm0.51.2

5mm0.30.9

（切割性能及能耗对比）

4、结论

本文对激光切割机的基本原理和主要组成进行了系统阐述，成功研制了半导体泵浦YAG激光切割机样机，同时对该样机进行了优化设计与实验研究，成功实现了对5mm以下碳钢的切割。此外，与市场上主流的灯泵浦YAG激光切割机相比，具有高效率、高稳定性和低能耗等优点。该研究表明本切割机具有高技术含量及良好的推广应用前景。

参考文献

[1]孙晓东.激光切割技术国内外研究现状.热加工工艺[J]2012，41（9）

半导体激光器 第7篇

关键词：半导体激光器,氦氖激光器,稳定性,拟合直线

由于激光器具有亮度高, 单色性好, 方向性强等优点, 使得激光器成为物理实验中常用的光源。激光器的种类很多, 如氦氖激光器, 半导体激光器, CO2激光器, 自由电子激光器等等。在大学物理实验中光学实验占有一定的比重。而光学实验中采用的激光光源多为氦氖激光器和半导体激光器。

1 氦氖激光器与半导体激光器的特点

氦氖激光器的优点有相干性和单色性好、亮度高、方向性强, 可以作为点光源或自然光源, 因此在实验教学中起着积极的作用。但在实验中发现, 氦氖激光器的功率不稳定, 使用前需要调节的时间长, 并且维修和维护较繁琐, 因此现在的一些物理实验选择了半导体激光器。

半导体激光器是用半导体材料作为工作物质而产生受激发作用的激光器, 由于物质结构的差异, 生激光的过程也不尽相同, 其利用了P型半导体N型半导体相接触的结跃迁区的特殊性质。常用材料有砷化镓、硫化镉、磷化铟、硫化锌等。激励式有电注入式、高能电子束激励式和光泵式三种。

绝大多数半导体激光器的激励方式是电注式, 即给PN结加正向电压, 以使在结平面区域产受激发射, 也就是说是个正向偏置的二极管, 因此导体激光器又称半导体激光二极管。

2 实验数据与稳定性分析

现利用偏振光实验数据对两种激光器的稳定进行分析。

2.1 氦氖激光器, 见表1

由误差理论中线性回归方程可得:

代入数据得, b0=-4.35, b=149.5

则回归方程为y=-4.35+149.5x

如图1所示。

Ixx=1.375316

Ixy=205.61

Iyy=31478.4

总的离差平方和S=U+Q=Iyy

其中, U=blxy为回归平方和,

Q=lyy-blxy为残余平方和。

U=30738.73 (自由度υ=1) ;

Q=739.67 (自由度υ=N-2) 。

2.2 半导体激光器, 见表2

由公式 (1) ～ (6) 可得,

b0=15.49, b=606.02

则回归方程为y=15.49+606.02x

如图2所示。

Ixx=1.375316

Ixy=833.46

Iyy=507150.5

U=505093.43 (自由度ν=1)

Q=2057.07 (自由度ν=N-2)

y与x的线性关系是否密切, 取决于U及Q的大小。U愈大Q愈小, 说明y与x的线性关系愈密切。由此可看出F大则线性显著。由图看出半导体激光器测出的数据拟合得到的直线比氦氖激光器测出数据拟合的直线线性好。所以半导体激光器相对于氦氖激光器稳定性高。

3 结论

在物理实验中, 很多光学实验都要用到激光器例如, 光的干涉及衍射, 光的偏振, 全息照相等。氦氖激光器存在体积大、价格高、调节繁琐等问题, 而半导体激光器具有体积小、质量轻、结构简单、发光效率高、易于集成、可靠性好、使用寿命长、价格便宜的众多优势逐步取代了氦氖激光器。在实验中也被证明使用半导体激光器在实验效果和实验结果都可以与氦氖激光器相媲美

参考文献

[1]呼文来, 孙光颖.大学物理实验[M].北京:北京理工大学出版社, 2008.

[2]费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[3]刘敬海.激光器件与技术[M].北京:北京理工大学出版社, 1995.

[4]梁广和, 金章岩.新型氦-氖激光全息照相记录介质[J].中国激光, 1987 (8) .

大功率半导体激光器载体设计 第8篇

1 热阻

热阻是激光器的一个重要的参数，如果考虑如图1所示的一维情况（图1中ΔT为热耗散功率在半导体激光器中产生的温升；PT为热耗散功率；W为热沉厚度；K为热导率；A为有效传热面积）。即假设Bar条p-n结产生的热耗散仅沿x方向传递，则Bar条热阻可按下式计算[6,7,8]

热阻还与温度有关，因为与温度有关的载流子和声子对传导系数有影响。铜、砷化镓和金刚石的热传导系数随温度的变化趋势是：在低温时随温度的升高而增加，在高温时随温度的升高而降低。由于实际工作温度都在100 K以上，所以一般热阻随温度的升高而减小。

知道热阻后就可以计算激光器的结升温[9]为

2 载体设计

在设计微通道热沉中需首先考虑微通道热沉材料的选择和冷却液的选择。在文中考虑到热沉材料的热导率和线性热膨胀系数与外延片材料线性热膨胀系数匹配性以及成本、机械加工性、有无毒性等因素，采用无氧铜作为微通道热沉的材料[10]。

微通道热沉采用液体冷却方式，通过液体把热量从微通道内带走，在选取冷却液时，要求其具有比热大、热传导系数高、没有腐蚀性、粘度小、热膨胀系数小等特点。因此选择水作为冷却液[11,12]。

设计原理如图2所示。冷却器由冷却水进出口板、分水板及微通道冷却板组成。分水板的作用是通过沟槽，控制水流的流向，达到微通道的各个部分。器件产生热量，传导到微通道冷却板，通过水流在微通道细小沟槽内流动，实现热交换。细小而密集的微通道增大了热交换的面积[13]。

微通道热沉结构的设计还需对微通道的宽度、叶片的宽度、微通道的深度进行优化设计，通过应用有限元分析软件ANSYS模拟优化结构参数。其次为了保证热沉表面温度一致，微通道的取向应与激光器阵列条的横向相垂直；微通道上、下两层结构参数应一致；在制备微通道热沉时要保证微通道壁光洁[14,15,16]。

采用ANSYS模拟优化结构参数的微通道热沉热模拟如图3所示。

3 微通道阵列热阻测试

半导体激光器的波长会随温度变化产生红移现象，因此在短脉冲下测量相应的波长漂移，从而获得波长漂移与温度之间的曲线关系，进而推算出波长随温度的变化率。

测试方法如下：

(1）将微通道水冷激光器通水，设备水温设为20℃，等到水冷设备显示值与设定值相等时进行测试；

(2）在准连续条件下给激光器加工作电流40 A，并测试工作电压V，采集光谱，记录峰值波长λ1;

(3）在连续条件下给激光器加工作电流40 A，并测试光功率P，采集光谱，记录峰值波长λ2;

(4）在25℃和45℃水冷条件下准连续工作，测试激光器波长随电流的变化情况，测得波长漂移系数为0.226 nm/℃；

(5）计算热阻Rth如下式

通过实验测得的热阻为0.46℃/W。

4 结论

文中采用无氧铜作为微通道热沉材料，水作为冷却液，通过ANSYS软件模拟优化微通道的宽度、叶片的宽度、微通道的深度三个结构参数设计一无氧铜微通道热沉水冷散热装置，用以冷却大功率半导体激光器连续工作时温升，制作了微通道热沉载体样本应用到大功率半导体激光器阵列上，利用半导体激光器的波长会随温度变化特性，实验测得了连续工作中的大功率半导体激光器阵列热阻，基本达到了设计目的。

摘要：激光器工作时由于存在各种非辐射复合损耗和自由载流子吸收等损耗机制,使注入到器件中的部分电功率转换成热耗散在激光器内,直接影响激光器的效率和寿命,因此散热处理一直是一个引人注意的焦点。采用微通道载体解决大功率半导体激光器阵列连续工作时散热问题,通过ANSYS软件模拟优化结构参数,实验测得了大功率半导体激光器阵列热阻。

半导体激光器 第9篇

对于半导体激光器的工作频率, 主要的影响因素有温度和电流。当工作在几十k MHz/ (℃m A) 的时候, 也需要将温度和电流控制在很小的波动范围内, 并且要求随着时间的推移, 逐步调整激光器的温度和电流, 以使激光器维持在一个恒定的输出频率上。在这个过程中, 需要使用到原子光谱仪来测量激光的频率, 并且可以及时调整激光器的工作参数。饱和吸收装置我们使用的激光频率锁定装置, 它由多个光学元器件组成, 并且对温度、振动及其他环境条件都很敏感, 因此要实现激光器长期的稳定的频率锁定是很复杂很困难的。随着芯片技术的发展, 根据模拟信号转换成数字信号的参数数据和原子光谱的信息, 采用多通道的数字信号到模拟信号的转换器, 调整激光器的工作参数, 可以确保长时间的实现其频率的自动搜索、锁定、控制。当按下电源开关后, 控制电路将激光器的操作参数尽可能快速的温度在设定好的参数上, 但是在正常的情况下, 输出的激光频率并不符合系统要求。这个时候, 想找到铯原子的跃迁谱线则需要通过扫描激光二极管的转变温度和注入电流。谱线被发现后, 为了进一步确定所需的参数, 则需要微调操作参数, 直至精确到事先设定的原子跃迁频率上。当锁定响应的频率后, 理论上系统的输入频率应该进入锁定的状态。但实际上, 对于一个激光器的频率, 其二极管的参数不是静态的, 为了提高自身效率和适应环境参数, 它一直是在变化的。锁相环可以进行锁定, 但是由于它自身的电源不能长期稳定, 还有设备本身的限制, 控制范围很有限, 而导致经常失锁, 这使锁频难上加难。

因此本文提出了一种锁频系统原理, 在原本的锁频电路中补充一个数字辅助锁定电路, 它能实现连续的调节, 使锁相环的各个参数保持在预设的工作状态上, 使整个系统基本保持在锁定的状态上, 从而达到长期稳定的锁定频率的目的, 本设计满足实现以下要求:

1) 电路设计为共有四路输入信号, 依次监测每路输入锁频漂移信号大小, 根据输入信号单片机做出相应反应, 改变调整输出值;

2) 以5m V为一步长, 一直循环调节, 直到激光器再一次找回锁频状态时;

3) 当输入信号再一次变为0时 (表示再次锁定住) , 维持上一次输出值不变;

4) 锁定后继续监测输入信号, 等待下一次失锁时给予反应;

5) 实现输出的可调节范围达-10V到+10V。

根据前面所述, 参见图1可知系统的硬件总体结构图, 本文所研究的半导体激光器数字辅助锁定系统部件的主体电路设计按照其功能主要可以分为以下几部分:单片机主控模块、输入通道模块、数模转换电路模块、采样保持电路模块, 其余外围电路还有直流稳压电源和串行口通信电路。

由结构框图可见, 半导体激光器数字辅助锁定系统以STC89C52单片机为核心构成主控模块。输入通道为四路输入信号, 其为失锁的误差信号, 采用了一个模拟开关芯片对四路输入信号进行轮流的监测提取, 而后通过输入信号的取值的正负进行判断激光器的锁频系统是否失锁电路设计为输入信号通过两个电压比较芯片进行电压的比较, 在电压比较器的输出端接入+5V的上拉电压, 所以一旦某一路电压比较器芯片打开时, 单片机对应的端口会接收到一个表示逻辑1的正电平。单片机作为整个电路的主要控制模块, 根据两个端口的接收信号进行判断, 而后做出相应反应, 改变输出值。输出通道部分采用一个12通道的模数转换芯片, 单片机共12个管脚连接DAC的输入端, DAC输出电压在+10V到-10V之间可续可变, 因此单片机的操作控制精度可高达0.005V。为了信号的稳定与精度, 在DAC的输出端后接电压跟随器, 隔离前后级。采样保持电路用于使得输出信号得以保持住, 在监测并控制改变某一路时, 其它几路的输出信号不变。采样保持电路设计采用四个采样保持芯片分别采样保持四路输出信号, 每一路保持后的输出电压接电压跟随器作为最终输出。为了编程及操作的方便性, 以及日后的更多路扩展, 采用了一个3-8译码芯片加锁存器的方式用于控制采样保持芯片, 切换芯片的采样状态和保持状态, 将输出信号进行锁定。

我们对系统的功能进行了一些测试, 我们依次使输入信号为+1V、-1V和0V, 进行了数据记录如图3所示, 是当输入信号为+1V时, 我们对输出端数据的记录, 设置数字万用表按照每1秒读取1个数据的速度, 连续记录了1小时共计3600个读数, 我们可以看到系统会连续不断的降低输出值, 一直降低至-10V的系统极限后, 维持该输出不变。在图2中, 横坐标为时间, 纵坐标为电压值。

切换输入信号为-1V时, 则正好相反。同时, 为了检测系统的稳定性, 我们维持一个较小的输出值保持不变, 然后数字万用表检测读取, 如图3所示。按照每秒读取一个数据的采样速率, 我们测出了1800个点, 我们可以看到在这半个小时中, 输出电压的均值为-41.69m V, 最大值达到-39.97m V, 最小值为-43.48m V, 可见上下的波动不超过2m V。

半导体激光器干涉测量技术应用研究 第10篇

1 半导体激光干涉测量技术的特点

半导体激光干涉测量技术体积小、转换效率高,便于与其他器件实现单片光电子集成。半导体激光器光源调制方便且减小了光源体积,在不降低精度的情况下, 可以实现动态干涉,完成过去根本不能完成的连续位移等物理量的测量,不但具备其它激光器的用途,还有更广泛的应用。干涉仪结构是均为半导体工艺制得,使得光源和光电探测器能最小损耗地连接起来,可以提高抗干扰能力,促进了激光干涉技术的进步。在这些技术中光程差的测量精度可以达到波长的百分之一。

2 半导体激光干涉测量技术分类

2.1 线形调制

指利用线性变化而线性变化的特性进行干涉测量的一类干涉仪。常用的方法是利用半导体激光器注入电流同输出光频的线性调制关系,实现干涉测量,其优点是可以实现位移、距离、表面轮郭、振动等物理量的测量

2.2 合成波长调制

利用小数重合法进行长度的高精度测量。合成波长是指用合成大于这几个波长中任意一个波长的光束,利用这个等效于一个波长的光源作为干涉仪的光源。

外腔谐振干涉 : 是利用激光器射界面将激光器的输出反射回激光器的谐振腔中,对激光器光波长进行调制实现测量的,是高精度测量很有发展前途的一类方法。

2.3 光纤传感器

将光纤作为传感元件的一部分代替原光学设计中复杂的光路,导致了以单模光纤为基础的干涉系统得以引入和发展。光纤传感技术是以光波为载体,光纤为媒质,感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤,具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点 ;

2.3.1抗电磁干扰、耐腐蚀、适用于火险高危等特殊环境。不怕强电磁干扰,也不影响外界的电磁场,并且安全可靠。这使它在各种石油化工、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中能方便有效地传感。

2.3.2信号易处理光波易为各种光探测器件接收,可方便地进行光电或电光转换,易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。

2.3.3重量轻,体积小,外形可变。光纤除具有体积小的特点外,还有可挠的优点,因此利用光纤可制成外形各异、尺寸不同的各种光纤传感器。这有利于航空、航天以及空间严格限制的场合的应用。

2.3.4测量对象广泛。光纤传感技术, 可以对位移、压力、温度、速度、角速度进行测量。在众多领域都得到研究开发和应用,成为传感技术的先导,推动着传感技术蓬勃发展。己经广泛应用到军事国防、航空航天、能源环保、生物医学、交通运输 等各种领域。

2.4 光纤位移传感器

用光纤传感器可以对多种物理量进行测量,可以将压力转换成膜的位移,这种方法结构简单,位移测量可以成为其它物理量检测的基础,在工业、军事和医疗等广大领域中发挥越来越大的作用。常用的光纤位移传感器有相位调制型和波 长调制型。传感头结构与检测设备可以实现非接触、非破坏性测量,且抗干扰能力差。光纤中光的相位对环境变化很敏感, 使传感器具有很高的灵敏度,一般用于振动、温度等多种环境干扰的地方 . 波长调制型位移传感器利用传感部分的选频特性来调制出射光的波长,具有可靠性高, 抗干扰能力强的特点。不宜在易燃易爆场合应用,

一些机械式压力表有的不宜在生产现场使用,有的无法实现远距离集中测量与控制。利用光波传导压力信息,电气绝缘好,可以在高压、易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它可插入狭窄的空间是进行测量,因此而得到重视,并且得至Ⅱ迅速发展。

3 半导体激光干涉测量的应用技术

半导体激光器 第11篇

【关键词】 酒糟鼻； 半导体激光；药物倒模术；皮肤病血毒丸；

【中图分类号】R726.12

【文献标识码】B

【文章编号】1004-4949（2014）09-0689-02

酒糟鼻是一种发生于面部中央的红斑和毛细血管扩张的慢性皮肤病，伴以丘疹、脓疱等阵发性炎症反应[1]，2013年6月至2013年10月，我科采用药物倒模术联合半导体激光照射治疗及护理1、2期40例酒糟鼻取得疗效满意，报告如下：

1资料与方法

1.1临床资料

80例酒糟鼻患者均来自我院皮肤科门诊，其中男39例，女41例；年龄18-53岁，平均年龄34岁；病程1～3年，平均1.5年；皮损类型：红斑期48例，丘疹脓疱期32例。入选标准 ：（1）符合《中国临床皮肤病学》有关酒糟鼻的诊断标准，具有典型的酒糟鼻的临床表现[1]；（2） 所有患者在治疗前2周内未接受过糖皮质激素、免疫抑制剂或其他药物治疗；（3）既往对口服中药无过敏史。排除标准：（1）年龄在l8岁以下及70岁以上；（2）妊娠及哺乳期妇女，合并有心血管、脑血管疾病及严重肝肾功能损害者；（3）外用甲硝唑类、外用酒精及硫磺过敏（4）90例患者随机分为治疗组和对照组各45例。两组在性别、年龄、病程、皮损类型及PASI评分等方面经统计学处理无显著性差异（ P>0.05），具有可比性。

1.2 治疗方法

两组均予口服皮肤病血毒丸（广东国医堂制药股份有限公司，国药准字Z20083091 ，120粒/盒）20粒，2次/d， 甲硝唑片：0.2g 2次/d 维生素B6片：20mg 3次/d外用我院的自制药复方硫洗剂1次/d，半导体激光治疗仪照射皮损处，隔日1次，每次5分钟，1个月为1个疗程。治疗组在以上治疗的同时加用药物倒模术，每周两次，每次20分钟。

1.3疗效标准

治愈为皮损减少≥90%，显效为皮损 减少≥60% ，好转为皮损减少 ≥30% ， 无效为皮损减少< 30%。总有效率以痊愈加显效统计[2] 。

1.4 统计学处理 用SPSS18.0软件，计量资料采用t检验，计数资料采用卡方检验。

2 .结果

2.1 治疗结果

两组均经2个疗程治疗后，治疗结果见表1。结果表明治疗组和对照组有效率分别为95%和70%，经统计学处理均有显著性差异（x2=13.67，P﹤0.01）。

3.讨论

酒糟鼻是一種发生在颜面中部以皮肤潮红、毛细血管扩张及丘疹、脓疱为表现的慢性皮肤病，多见于中年人，女性较多，常并发痤疮及脂溢性皮炎。酒糟鼻病情经过缓慢，分为三期分为红斑期、丘疹脓疱期、鼻赘期。除皮损受累外眼部极少部分患者可并发眼部结膜和角膜的损害。由于想在饮食结构改变生活节奏加快本病发病率升高，严重影响患者的生活与社交。药物治疗采用B族维生素药物、甲硝唑内服有效[2]， 可以配合一些外用药物，如：硫磺洗剂等，一般主张服药或3 — 6个月，患者依从性差、药物不良反应多、一般治疗见效较慢。我科采用的MDC- 1000- 3IB型半导体激光是近红外线激光， 组织穿透力很强， 功率大且可预置； 复合头中三个激光管组成阵列对人体皮微循环， 刺激多种酶的活性， 平衡机体内环境[3]。具有以下皮肤生物效应： ①刺激组织再生低功率激光能增加皮肤核糖核酸和糖原的含量，改善皮肤微循环； ②抗炎低功率激光有明显的抗炎作用， 照射后使炎症区的充血和水肿减轻，炎症细胞消散； ③提高细胞的免疫功能等。药物倒膜术就是在面部皮肤上涂敷一层药物或用药物按摩膏按摩，再调制石膏面膜敷于患者面部，石膏面膜在成型过程中会发热，从而使皮肤温度上升，毛细血管扩张，血流加快，这样有利于涂敷于面部的药物更有效地透入皮肤，达到增强药效的作用。经过一段时间后除去面膜，面膜将皮肤上的皮屑和难以清洗干净的皮纹中的异物等粘附并随它除去，这可使皮肤清洁一新。因此临床上我们采用药物倒模术联合半导体激光照射治疗1、2期酒糟鼻再加上适当的护理，疗效优于单用药物加半导体激光治疗临床疗效满意值得临床推广。

参考文献

[1] 赵辨.中国临床皮肤病学[M].第1版.南京：江苏科学技术出版社，2010：1174-1176.

[2] 姜群. 玫芦消痤膏加甲硝唑片剂外用治疗酒糟鼻疗效观察[J].黑龙江医学，2012，36（3）：213

半导体激光器恒流驱动电路设计 第12篇

半导体激光器 (LD) 具有体积小、重量轻、低电压驱动、直接调制等特点, 还具有高单色性、高相干性、高方向性和准直性的优良特性, 广泛应用于国防、科研、医疗、光通信和光传感等领域[1]。随着半导体激光器越来越广泛的应用, 其驱动电源也在不断地发展和完善。

国外半导体激光器驱动电源研制技术已经比较成熟, 技术水平明显高于国内研究水平。国外知名厂商主要有Wavelength公司、ILX-light公司、Thorlabs公司等。ILXLightwave公司作为全球激光器控制和测试设备的顶尖供应商, 有4通道、8通道和16通道的多通道驱动器, 可以对多个激光器进行精密控制。Wavelength, Thorlabs公司的驱动器主要是连续电流的, 其中Wavelength公司的产品性能指标较高, 将恒流与恒功率驱动集成在一起[2]。生产半导体激光器恒流源的国内厂商主要有北京海特、北京凯普林、湖北光通、上海科联等光电子公司。

2 恒流源系统方案

因为注入电流的稳定性对激光器的输出有直接的影响, 所以要为激光器提供一个纹波小, 少毛刺稳恒电流, 这就要求半导体激光器的电源是一个恒流源。

半导体激光器恒流驱动电路的组成框图如图1所示, 主要由电压基准电路、差动放大电路、MOSFET电压电流转换电路、取样电路和反馈回路组成的负反馈回路、保护电路等组成。

由控制电压产生一个电压Vr送入差动放大器U1的同相输入端, U1的输出端连接MOSFET (N沟道增强型场效应管IRF530) 栅极, 栅极电压控制MOSFET1的导通程度, 激光器串联在MOSFET1漏极, 这个电流驱动激光器工作。在MOSFET1管的源极接一个精密采样电阻R1, 选用精度很高、温漂极小的1Ω电阻, 输出电流经过此电阻后, 将电阻采样电压送入反馈回路的同相放大器U2同相输入端, U2反向端与地之间接1kΩ电阻R2, 反向端与输出端接一个4kΩ电阻R3, U2输出电压值Vf送回U1反向输入端, 与同相端的控制电压Vr进行比较, 从而控制MOSFET1的导通程度, 通过这样一个闭环负反馈回路提供给激光器稳定的电流。

3 输出电流的稳定性分析

该驱动电路由取样电阻和同相放大器组成了负反馈回路, 使整个闭环反馈系统处于动态的平衡中, 以达到稳定输出电流的目的。负反馈动态平衡过程:

该电路输出电流I0和控制电压Vr的关系:

公式1) 中输出电流I0和控制电压Vr成线性关系, 我们设计的是500m A的恒流源, 那么控制电压就需要2.5V。对1) 式进行全微分可得电流稳定度的表达式:

根据公式2) 可以知道影响输出电流稳定度的主要因素是取样电阻的温度系数和电压基准的稳定度。所以选择精度很高、温漂极小的1Ω精密采样电阻。另外要求基准电压的温度系数要足够小, 电压值要准确, 内阻要小, 我们选用了LM336并联稳压器作为电压基准, 它是精密的2.5V并联稳压器, 其温度系数很低[3]。

4 保护电路设计

4.1 限流电路

在恒流驱动电路中激光器的阳极再串联一个MOSFET2管 (P沟道增强型IRF9530) , 其栅极接差动放大器U3输出端, U3反相输入端接2.5V基准电压, U3同相端接反馈回路同相放大器U2输出端。当控制电压Vr小于2.5V时, MOSFET2导通, 不对激光器进行限制, 通过的电流小于500m A;当Vr大于2.5V时, MOSFET2处于高阻状态, 相当于关断, 激光器停止工作。可见, 该电路具有限流保护功能。

4.2 慢启动电路

参考文献

[1]王玉田, 王莉田, 郭增军, 等.光电子学与光纤传感技术[M].北京:国防工业出版社, 2003.

[2]刘鹏.用于半导体激光器恒流源的信号转换电路设计[D].长春:吉林大学, 2004.

[3]董翠霞.中小功率半导体激光器脉冲驱动电源的研制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2007.